Калькулятор швидкості хімічної реакції (закон швидкості)

Закон швидкості (кінетичне рівняння) описує залежність швидкості хімічної реакції від концентрацій реагентів: rate = k·[A]^m·[B]^n. Константа швидкості k і порядки реакції m, n визначаються експериментально й характеризують механізм реакції, а не просто стехіометрію рівняння.

Даний інструмент реалізує науково обґрунтований підхід до обчислень, що базується на перевірених математичних методах і стандартних формулах хімічної кінетики. Усі розрахунки виконуються у реальному часі безпосередньо у браузері — без відправки даних на сервер і без необхідності встановлювати додаткове програмне забезпечення. Інтерфейс оптимізований для зручного введення параметрів, відображення результатів з необхідною точністю та покрокових пояснень застосованих формул.

Розрахунок швидкості реакції

Формула та пояснення

Закон швидкості

rate = k · [A]^m · [B]^n k — константа швидкості (визначається експериментально) [A] — концентрація реагенту A, моль/л [B] — концентрація реагенту B, моль/л m, n — порядки реакції за A і B (визначаються експериментально)

Загальний порядок реакції

загальний порядок = m + n

Одиниці константи швидкості k

0-й порядок: моль/(л·с) 1-й порядок: 1/с 2-й порядок: л/(моль·с) 3-й порядок: л²/(моль²·с)

Важливо пам'ятати

  • m і n ≠ стехіометричні коефіцієнти — це поширена помилка. Порядки реакції визначаються лише експериментально, наприклад методом початкових швидкостей
  • Порядок може бути дробовим або нульовим — особливо для складних багатостадійних механізмів або каталітичних реакцій
  • k залежить від температури — за рівнянням Арреніуса k = A·e^(−Ea/RT), тому значення k завжди наводять для конкретної температури
  • Лише елементарні реакції мають порядок, що збігається зі стехіометрією окремої стадії

Приклади розв'язання

Покрокові задачі

Приклад 1: Реакція має закон швидкості rate = k[A]²[B]. k = 0,5 л²/(моль²·с), [A] = 2 моль/л, [B] = 3 моль/л. Знайдіть швидкість реакції.

Розв'язання:

rate = k · [A]² · [B]¹ = 0,5 · 2² · 3¹ = 0,5 · 4 · 3

Відповідь: rate = 6 моль/(л·с). Загальний порядок реакції = 2 + 1 = 3

Приклад 2: Реакція першого порядку за одним реагентом: rate = k[A], k = 0,02 1/с, [A] = 0,5 моль/л.

Розв'язання:

rate = k · [A]¹ = 0,02 · 0,5

Відповідь: rate = 0,01 моль/(л·с). Загальний порядок реакції = 1 (реакція першого порядку)

Приклад 3: Реакція нульового порядку за A і третього порядку за B: rate = k[A]⁰[B]³, k = 0,0012 л³/(моль³·с), [A] = 4 моль/л, [B] = 2 моль/л.

Розв'язання:

rate = k · [A]⁰ · [B]³ = 0,0012 · 1 · 2³ = 0,0012 · 1 · 8

Відповідь: rate = 0,0096 моль/(л·с). Загальний порядок реакції = 0 + 3 = 3. Зауважте: [A]⁰ = 1, тобто концентрація A не впливає на швидкість, попри присутність A у реакції

Практичне значення та контекст

Де застосовується

Інструменти даного типу широко застосовуються в освіті, науці та інженерній практиці. Студенти використовують їх для перевірки домашніх та контрольних завдань з хімічної кінетики, розуміння методів розв'язання та самоперевірки. Викладачі — для ілюстрації методів на лекціях і лабораторних роботах з фізичної хімії. Хіміки-технологи та науковці — для швидких оціночних розрахунків швидкості реакцій, підбору умов промислового синтезу та верифікації результатів спеціалізованого програмного забезпечення. Простота доступу через браузер робить ці калькулятори незамінним інструментом як у навчальному процесі, так і в практичній роботі лабораторій.

Часті запитання (FAQ)

Що таке закон швидкості реакції?
Закон швидкості (кінетичне рівняння) — це математичний вираз, що пов'язує швидкість хімічної реакції з концентраціями реагентів: rate = k[A]^m[B]^n, де k — константа швидкості, [A] і [B] — концентрації реагентів, m і n — порядки реакції за відповідними реагентами.
Чому порядки реакції m і n визначаються експериментально, а не за стехіометричними коефіцієнтами?
Це поширена помилка студентів: порядки m і n НЕ можна прочитати зі збалансованого рівняння реакції. Вони відображають реальний механізм реакції (кількість стадій, лімітуючу стадію) і визначаються лише експериментально — методом початкових швидкостей, інтегральним методом або методом ізоляції Оствальда. Лише для елементарних (одностадійних) реакцій порядок за реагентом збігається з його стехіометричним коефіцієнтом.
Що означає загальний порядок реакції?
Загальний порядок реакції — це сума показників степеня всіх концентрацій у законі швидкості: порядок = m + n (і так далі для інших реагентів). Наприклад, якщо m = 2 і n = 1, загальний порядок дорівнює 3 (реакція третього порядку).
Чи однакові одиниці виміру константи швидкості k для всіх реакцій?
Ні, одиниці k залежать від загального порядку реакції. Для реакції нульового порядку k має одиниці моль/(л·с); першого порядку — 1/с; другого порядку — л/(моль·с); третього порядку — л²/(моль²·с). Це пряме наслідок того, що швидкість завжди вимірюється в моль/(л·с).
Які фактори впливають на швидкість хімічної реакції?
Основні фактори: концентрація реагентів (вища концентрація зазвичай прискорює реакцію відповідно до закону швидкості), температура (згідно з рівнянням Арреніуса k = A·e^(−Ea/RT), підвищення температури експоненційно збільшує k), наявність каталізатора (знижує енергію активації Ea), площа поверхні контакту реагентів та природа розчинника.

📁 Категорія: Хімія